Резонанс в сварочных трансформаторах

Обновлено: 14.05.2024

Что, каждый свою ветку хочет иметь?! Пока не закрываю - разберусь, закрою, позже удалю. Тема уже существует и глохнет без внимания http://valvol.flyboard.ru/topic11-30.html И ссылка Ваша чего-то "посылает".

А что администратор думает?

Но электролитам там, скорей всего, очень не легко приходится! Ещё бы, практически 100% пульсация, при допустимой не более 10-15%. Или нужно использовать какие-то спец. конденсаторы?

электролиты самые обычные К50-6, К50-16 в апарате который был сделан чтобы "всем давать" за 6 лет взорвались 2 штуки, конденсаторы включены неполярно, с дугой на выходе чисто прямоугольные импульсы, с активным сопротивлением - синусоида, отстающая от транса

Можно построить ещё более компактный сварочник, если использовать трансформатор с развитым магнитным рассеянием (можно обойтись без батареи конденсаторов). В этом случае даже улучшатся условия повторного зажигания дуги в паузах напряжения. Разница будет в том, что в этом случае сварочник будет гнать в сеть реактив не ёмкостного, а индуктивного характера.

Резонансным его называют в институте Патона, взорвались конденсаторы те в которых нарушилось уплотнение плюсового вывода через нарушение контакта на пайке.

Зделайте батарею из нескольких конденсаторов меньшей ёмкости, чтобы выдержали ток. Я использовал в одном апарате 40 шт 1000*50в 105оС (ТЕАРО) - не выдржали тоже взорвались, а К50-3 работают много лет. В даном апарате транс занимает 1/3 объема.[/quote]

Может быть, но я там не работаю, а поскольку запостили Вы, то
не хило бы и пояснить:-где резонанс то?

По честному:-2 ампера на банку, значит на 150А нужно 75 к-ров.
Обратную полярность они, опять-же по честному, не допускают и
в конце концов один из них бздыкнет. Вопрос только во времени.

тому подтверждение.
Однако, свобода творчества подразумевает право индивидуума на
любые эксперименты.

Я сам хочу разобратса этим, с вашой помощью, потому что резонансным одни называют изза того что вторичная обмотка и емкость якобы образуют колебательный контур, другие специалисты утверждают что конденсатор выступает в роли емкостного баласта. Информации о таких источниках негде не встречалось, но апарат работает, конденсаторы отечественного произвтства выдерживают.

Переименовал тему, чтобы по крайней мере не вводила народ в заблуждение.
Касательно продвинутых трансформаторных источников много информации в книге - М.И. Закс, Б.А. Каганский, А.А. Печенин. Трансформаторы для электродуговой сварки. Там же есть версии, реально использующие резонанс на частоте сети.

Реактивный регулятор получаетса если нагрузить источник на активную нагрузку, а сварочная дуга комплексное сопротивление. Когда я проверял осцилографом апарат то на баласте была синусоида, с дугой прямоугольники с частотой чуть больше 50 гц. Также регулировка тока выполняетса переключателями включающими дополнительные конденсаторы, каждая група из четырёх конденсаторов прибавляет 30А. Трансформаторы я делал на двух тороидах от трансформаторов тока земляной защиты кабельных линий 10 кВ.

Резонансным его называют в институте Патона-Видел источник,транс на железе от ТС180,кондеры производства СССР. Говоряили что апаратец варит тройкой. правда варить попробовать не дали
4587derek-Вы часом не с Чернигова?

Резонансный Сварочный Инвертор

Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.

Последние посетители 0 пользователей онлайн

Топ авторов темы

o_l_e_g 41 постов

Serg SP 13 постов

тимвал 21 постов

Молчун 17 постов

Изображения в теме

Много тут обсудили товарищи, а на главный вопрос энтузиаста из вязников не ответили. У меня встречный вопрос к Автору С чего Вы взяли что заряжая до 1,7 Вольт, зарядное их Перезаряжает? Вы новую батарейку хорошую, не АКБ, а Алкалиновую или Солевую измеряли без нагрузки? Сколько она показывала? А это АКБ, он может не дозаряжает Вообще! Вы нагрузку дайте или положите на пару часов, и померяйте потом напряжение, они у Васчто, сильно греются при зарядке? В чём проблема то?

Конечно хотелось бы сделать более нормальную схему запуска. (В других симуляторах есть простой ключ, которому можно задать временные интервалы.) Если бы у меня был динистор, я бы сделал на нем. Если у Вас он есть, пожалуйста, попробуйте. Только нужно учесть, что толчек в базу тут должен быть достаточно сильный. Я так думаю. И, если брать входное напряжение, как у меня, меняющееся в диапазоне 150. 320 В, то играет роль, время задержки, когда поступает этот импульс. (Т.е. нужно подобрать R и С.) Лучше всего пробовать на нагрузке 1к. Если получится, скиньте, пожалуйста, модель.

Кто вам такое сказал? Ферритовый сердечник вводится в катушку для того чтобы понизить частоту колебательного контура. Придумали это для того, чтобы можно было управлять колебательным контуром, способностью подстраивать его. А вот при введении латунного сердечника во внутрь катушки частота колебательного контура наоборот увеличивается. Можно обойтись без сердечника, если намотать бескаркасную катушку и подстраивать её с помощью сдвигания и раздвигания витков. При сдвигании витков частота колебательного контура уменьшается, а при раздвигании увеличиватся. Такой способ не совсем удобный и используется при малом количестве витков во входных и гетеродинных контурах УКВ приёмниках.

Доброго всего Нельзя ли для запуска использовать схему на динисторе, которая разряжает конденсатор в базу Q1 Примерный кусок схемы

Мостовые резонансные DC/DC-преобразователи сварочного тока

Описаны резонансные DC/DC-преобразователи, формирующие ток электросварки. В устройствах применяется фазовый принцип управления силовыми ключами, которые соединены по схеме моста.

Введение

Развитие электроники привело к появлению и широкому распространению инверторных источников сварочного тока [1, 2]. Их мощность обычно превышает несколько киловатт. Из-за относительно высокого уровня мощности, потребляемой источником, к нему предъявляется требование минимизации искажений, вносимых в питающую сеть. Это означает, что переменный ток, потребляемый от сети, по форме его кривой должен быть максимально приближен к синусоидальному сетевому напряжению. Поэтому инверторный источник сварочного тока содержит три каскада.

Первым из них является выпрямитель напряжения питающей сети.

Второй каскад — корректор коэффициента мощности [3]. Он формирует ток, потребляемый от сети и близкий к синусоидальной форме напряжения питающей сети переменного тока, а кроме того, стабилизирует средний уровень постоянного напряжения на своем выходе.

Третий каскад — DC/DC-преобразователь. Это устройство преобразует постоянное напряжение, получаемое с выхода второго каскада, в переменное напряжение высокой частоты, трансформирует его на вторичную сторону и затем выпрямляет переменный ток на вторичной стороне. Выпрямленный ток является сварочным.

Среди множества вариантов исполнения DC/DC-преобразователей отмечается перспективность использования резонансных схем [1]. Они обладают двумя полезными свойствами. Первое из них — параметрическая ограниченность амплитудного и среднего значения токов, потребляемого от источника питания и трансформируемого в нагрузку. Это свойство упрощает управление несколькими преобразователями, работающими на общую нагрузку постоянного тока. Второе свойство — плавный характер нарастания тока силовых управляемых ключей, соединенных по схеме моста, а также нарастания и спада тока вторичной обмотки силового трансформатора, что способствует упрощению выпрямления тока и снижению уровня коммутационных помех. Однако, как отмечается в [1], существуют трудности в управлении выходной мощностью резонансных DC/DC-преобразователей, что препятствовало их широкому распространению.

Мостовая топология резонансного преобразователя при ограничении амплитуды напряжения на конденсаторе его резонансной цепи, а также при фазовом способе управления силовыми ключами мостовой схемы дает возможность, сохранив отмеченные достоинства резонансных схем, обеспечить регулирование выходной мощности в полном диапазоне с постоянной частотой коммутации силовых ключей.

Фазовый способ управления транзисторами [3] состоит в том, что формируются две последовательности парафазных импульсных сигналов. Каждая из них содержит по два сигнала, причем второй сигнал задержан по отношению к первому на время, равное половине периода их повторения. Сигналы одинаковы по длительности, которая незначительно меньше половины периода. Поэтому в каждой из последовательностей существует кратковременная пауза между окончанием одного сигнала и началом другого. Вторая последовательность импульсных сигналов задержана по отношению к первой на регулируемое время, равное (T/2) × D, где T = 1/F — длительность периода, D — параметр регулирования. Вариацией D обеспечивается регулирование мощности, передаваемой в нагрузку.

Первый и второй импульсные сигналы первой последовательности управляют первыми двумя транзисторами мостовой схемы (VT1 и VT2), включенными последовательно между шинами питания, а первый и второй сигналы второй последовательности — двумя другими транзисторами этой схемы (VT3 и VT4).

Силовые схемы мостовых резонансных DC/DC-преобразователей приведены на рис. 1 и 2.

Силовая схема 1 является технической реализацией предложений, содержащихся в [4]. Она работает на резонансной частоте f_res и обладает такой топологией, что появляется возможность ограничения амплитуды переменного напряжения на конденсаторе С7 резонансной LC-цепи на уровне напряжения питания U_e. В силовой схеме 1 выводы конденсатора подключены к выходным зажимам транзисторной мостовой схемы через две одинаковые цепи. Каждая из них содержит соединенные последовательно дроссель и секцию первичной обмотки силового трансформатора. Первая цепь включает дроссель L3 и секцию первичной обмотки W11. Во второй цепи присутствуют дроссель L4 и секция первичной обмотки W12. Дроссели L3, L4 и конденсатор С7 образуют последовательный резонансный LC-контур. Ограничение амплитуды знакопеременного напряжения на конденсаторе резонансного контура на уровне, равном напряжению питания U_e, осуществляется с помощью диодов VD5–VD8.

Если используется фазовое управление транзисторами мостовой схемы, то при снижении выходной мощности уменьшаются токи резонансной LC-цепи и первичной обмотки силового трансформатора, что вызывает снижение магнитной энергии, запасаемой в LC-цепи и в трансформаторе. Из-за этого при низких уровнях выходной мощности перестают выполняться условия для обеспечения режима отпирания силовых транзисторов при нуле напряжения на них (режим Zero Voltage Switch — ZVS).

Создание условий для реализации режима ZVS в полном диапазоне изменения выходной мощности (от нуля до максимума) в схеме на рис. 1 достигается применением технического решения, предложенного в [5]. Оно состоит в том, что энергия, необходимая для обеспечения режима ZVS, запасается в магнитных накопителях двух дополнительных LCD-цепей, подключаемых к выводам выходной цепи транзисторной мостовой схемы (первая LCD-цепь — L1, C5, VD1, VD2, вторая — L2, C6, VD3, VD4). С их помощью обеспечиваются благоприятные режимы переключения силовых транзисторов и, как следствие, сокращается мощность потерь в них. Дополнительное снижение мощности потерь достигается шунтированием выходных цепей силовых транзисторов конденсаторами С1–С4.

Рис. 1. Силовая схема 1 резонансного DC/DC-преобразователя

Вторая схема резонансного DC/DC-преобразователя представлена на рис. 2.

Рис. 2. Силовая схема 2 резонансного DC/DC-преобразователя

Вторая схема отличается от первой тем, что в ней передача энергии в нагрузку осуществляется двумя одинаковыми трансформаторами TV1 и TV2 [4]. Первичная обмотка первого трансформатора и соединенная с ней последовательно обмотка первого дросселя L3 включены между первым выводом конденсатора резонансной LC-цепи и первым выводом выходной цепи транзисторной мостовой схемы. Первичная обмотка второго трансформатора и соединенная с ней последовательно обмотка второго дросселя L4 включены между вторым выводом конденсатора резонансной LC-цепи и вторым выводом выходной цепи транзисторной мостовой схемы.

Выводы двухфазных вторичных обмоток обоих трансформаторов через силовые выпрямительные диоды (VD9–VD16) подключены к первому выходному выводу DC/DC-преобразователя, а средние точки этих обмоток соединены с его вторым выходным выводом.

В схемах 1 и 2 выпрямленный ток I_ñã рабочих двухфазных вторичных обмоток трансформаторов является сварочным.

Моделирование процессов в первой и второй силовых схемах, работающих с постоянной частотой коммутации силовых транзисторов, производилось с использованием пакета программ PSpice. Его целью являлось построение регулировочных характеристик устройств, а также сравнение их энергетических показателей.

Для того чтобы по возможности уравнять условия работы сравниваемых схем, при моделировании принималось, что выходные силовые выпрямители в них содержат однотипные диоды Шоттки 243NQ100 (243 А, 100 В) в одинаковом количестве (по восемь в каждой из схем). Соответственно силовой трансформатор TV первой схемы выполнен с четырьмя двухфазными вторичными обмотками, а каждый из силовых трансформаторов TV1 и TV2 второй схемы — с двумя двухфазными вторичными обмотками.

Выходное напряжение U_ñã преобразователя определяется вольт-амперной характеристикой сварочной дуги. Оно аппроксимируется приближенным выражением: U_ñã ≈ 20 + 0,04 × I_ñã [2].

Транзисторный мост в двух схемах содержит одинаковые силовые полевые транзисторы типа IRFPS38N60L (600 В; 38 A; 0,12 Ом). Их выходные цепи шунтированы конденсаторами емкостью 100 пФ. При моделировании частота коммутации силовых транзисторов была принята равной 100 кГц.

В двух схемах LCD-цепи и элементы резонансного LC-контура на первичной стороне выполнены одинаково. Обмотки дросселей LCD-цепей (L1, L2) размещены на сердечниках типоразмера RM8i, изготовленных из магнитного материала N87 (EPCOS). Индуктивность обмотки — 722,5 мкГн, число витков — 85, емкость конденсатора LCD-цепи равна 4,7 нФ.

Обмотки дросселей резонансной цепи (L3, L4) размещены на сердечниках типоразмера RM14i, изготовленных из магнитного материала N87. Индуктивность обмотки дросселя 16 мкГн, число ее витков — 8. Витки обмотки выполнены изолированной медной лентой толщиной 0,2 мм.

Емкость конденсатора С7 резонансной цепи равна 85 нФ.

Обмотки силового трансформатора TV первой схемы размещены на сердечниках типоразмера PM62/49, изготовленных из магнитного материала N87. Толщина суммарного немагнитного зазора между половинами сердечников — 0,2 мм.

Обмотки выполнены изолированной медной лентой толщиной 0,2 мм. Первая и вторая секции первичной обмотки содержат по семь витков, их индуктивности равны 175,5 мкГн. Каждая из секций четырех двухфазных вторичных обмоток содержит по одному витку.

Расчетные значения сопротивлений обмоток трансформатора TV (мОм): Rw11 = 2,45; Rw12 = 3,19; Rw21 = 0,381; Rw22 = 0,388; Rw31 = 0,396; Rw32 = 0,403; Rw41 = 0,411; Rw42 = 0,418; Rw51 = 0,426; Rw52 = 0,436.

Обмотки силовых трансформаторов TV1, TV2 второй схемы размещены на сердечниках типоразмера PQ50/50, изготовленных из магнитного материала N87. Толщина суммарного немагнитного зазора между половинами сердечников — 0,2 мм.

Обмотки выполнены изолированной медной лентой толщиной 0,2 мм. Первичные обмотки трансформаторов TV1, TV2 содержат по 14 витков, индуктивности обмоток равны 406,4 мкГн. Каждая из секций двухфазных вторичных обмоток выполнена с двумя витками.

Расчетные значения сопротивлений обмоток трансформаторов TV1, TV2 (мОм): Rw1 = 5,08; Rw21 = 0,696; Rw22 = 0,721; Rw31 = 0,746; Rw32 = 0,771.

Результаты моделирования схем 1 и 2 представлены на рис. 3 и 4 в виде семейств регулировочных характеристик схем, то есть зависимостей средних значений тока их выходных цепей от значения параметра регулирования D. Параметром каждой кривой в семействе является величина напряжения на нагрузке, которая подключена к зажимам выходной цепи. Из рис. 3 и 4 следует, что схемы обладают свойством регулирования выходного тока в полном диапазоне (от нуля до максимума).

Рис. 3. Семейство регулировочных характеристик силовой схемы 1

Рис. 4. Семейство регулировочных характеристик силовой схемы 2

Кроме того, на рис. 5 приведены построенные по результатам моделирования зависимости коэффициентов полезного действия (КПД) первой и второй схем от среднего значения тока их выходной цепи. Из рисунка следует, что схемы обладают почти неизменным и одинаковым значением КПД при изменении тока нагрузки в достаточно широком диапазоне (от максимального значения до его половины). Вместе с тем вторая схема лучше первой в области значений тока выходной цепи, которые меньше половины его максимального значения.

Рис. 5. Зависимость КПД силовых схем 1 и 2 от среднего значения их выходного тока

На основе моделирования получено распределение мощности тепловых потерь по основным узлам силовых схем 1 и 2 при ряде значений их выходного тока. В частности, для первой схемы в наиболее тяжелом режиме, соответствующем максимальному уровню тока нагрузки (180 А), мощности тепловых потерь составляют: мостовая цепь силовых транзисторов — 56,5 Вт; LCD-цепи — 1,77 Вт; дроссели резонансной цепи L1, L2 — 10,4 Вт; трансформатор TV — 9,89 Вт; силовые диоды — 105,18 Вт.

Для второй схемы в таком же режиме работы, как и для первой: мостовая цепь силовых транзисторов — 56,8 Вт; LCD-цепи — 1,77 Вт; дроссели резонансной цепи L1, L2 — 10,07 Вт; трансформаторы TV1, TV2 — 12,76 Вт; силовые диоды — 105,09 Вт.

Таким образом, наибольший вклад в тепловые потери схем вносят силовые диоды и силовые транзисторы. Уменьшение этих потерь может быть достигнуто применением транзисторных цепей выпрямления тока вторичных обмоток, а также использованием в мостовой цепи более современных силовых транзисторов. Однако эти меры вряд ли позволят поднять КПД схем более, чем на 1–1,5%. Вместе с тем они способствуют удорожанию устройств.

Выходной ток рассматриваемых DC/DC-преобразователей представляется в виде последовательностей однополярных импульсов. Временные диаграммы выходного тока, построенные для режима, который близок к максимуму выходной мощности силовых схем 1 и 2, представлены на рис. 6 и 7.

Рис. 6. Временная диаграмма тока выходной цепи силовой схемы 1

Рис. 7. Временная диаграмма тока выходной цепи силовой схемы 2

В схемах 1 и 2 регулирование выходного тока производится изменением управляющего параметра D. Оно осуществляется микросхемой UC3825 [3] или цифровой системой управления. Информация о выходном токе, необходимая для управления им, обеспечивается, например, применением трансформаторов тока (их изображение отсутствует на схемах 1, 2).

Более высокое напряжение холостого хода на выходе преобразователя, служащее для облегчения зажигания дуги, может быть создано дополнительной обмоткой. Ее выпрямленный ток ограничивается включением специального дросселя последовательно с ней [2].

LLC Резонансный ИИП на базе IRS27952 [2018]

В чем же преимущества резонансного ИИП в сравнении с "классическим импульсником"? Преимущества резонансного режима - это низкие потери и электромагнитные помехи (которые гораздо проще поддаются контролю и фильтрации), ниже потери восстановления выпрямительных диодов, меньше нагрузка на все элементы блока питания, что дает повышенную надежность и долговечность относительно "классических ИИП", возможность работы на гораздо более высоких частотах без ущерба эффективности, надежности и стоимости. И самый главное преимущество: резонансник - это модно :D

Далее приведу некоторые технические характеристики, моего экземпляра резонансного ИИП на базе IRS27952:

Выходная мощность (расчетная) = 250Вт
Выходная мощность (максимально испытанная) = 276Вт
Выходное напряжение (в диапазоне от 0Вт до 276Вт) = +/- 40В (+/-0.1В)
КПД (при выходной мощности 276Вт) = 92%

Осциллограммы формы тока через первичную обмотку резонансного трансформатора (при разных значениях выходной мощности):

Описываемый ИИП имеет в наличии софт-старт, защиту от короткого замыкания в нагрузке и стабилизацию выходного напряжения, которая точно поддерживает выходное напряжение преобразователя на одном уровне, во всем диапазоне выходных мощностей. При работе на выходной мощности до 200Вт, нет никакого ощутимого нагрева, ни одного из элементов блока питания. Силовые ключи на радиатор не устанавливались. При выходной мощности 276Вт, ключи становятся едва ощутимо теплыми, но уже ощутимо начинает разогреваться первична обмотка трансформатора. Защита от КЗ работает исправно. При замыкании выхода преобразователя, прекращается генерация, блок питания переходит в спящий режим и находится в нем до того момента пока короткое замыкание не будет устранено. После устранения короткого замыкания, по прошествии определенного времени, блок питания самостоятельно перезапускается и продолжает работу в нормальном режиме.

Схема резонансного импульсного источника питания на базе IRS27952:

Подробно описывать принцип работы схемы не буду, остановлюсь лишь на отдельных моментах. Первоначальный запуск преобразователя происходит через цепь из резисторов R16, R10, R7 и R6. Дальнейшее питания контроллера осуществляется от цепи самопитания (R14, C8, VD4, VD7). Стабилитрон VD2 поддерживает напряжение питания контроллера на одном уровне - 16В. Хочу обратить внимание, что IRS27952, в отличает от например IR2153 и IR2161, не имеет встроенного стабилитрона, поэтому применение внешнего стабилитрона строго обязательно, иначе контроллер гарантированно выйдет из строя. Конденсаторы C3 и C5 сглаживают пульсации и устраняют помехи в цепи питания IRS27952. Цепочки резисторов R1, R2, R3 и R5, R9, R15 - предназначены для разрядки конденсаторов после отключения сетевого питания преобразователя. Отдельное внимание следует уделить следующим элементам: Rfmin, Rfmax, Rfss, Ct, Css - это частото и время задающие элементы преобразователя, их номиналы необходимо рассчитывать под ваши конкретные задачи, об этом будет далее. Стабилитроны VD10 и VD13, так же подбираются под необходимое вам выходное напряжение: суммарное напряжение стабилизации двух стабилитронов должно быть равно расчетному значению выходного напряжения одного плеча, в данном случае для получения выходного напряжения +/-40В, применены два стабилитрона по 20В. Пожалуй это все что можно рассказать о схеме, принципиально она мало отличается от любой из схем импульсного преобразователя, выполненного на контроллерах от International Rectifier (теперь уже - Infineon). Самое время перейти к расчету.

Расчет резонансной цепи. Для расчета нам потребуется программа ResonantSMPS из состава пакета All In One, авторства Старичка. Сразу скажу, что метод расчета описанный далее, является упрощенным и опытный глаз сможет найти в нем некоторые упущения, сделано это намерено, ради того чтобы максимально упростить расчет, чтобы максимальное числом неподготовленных радиолюбителей смогло повторить данный резонансный ИИП. И так, открываем программу и вводим исходные данные:

На первом этапе вводим все исходные данные как на скриншоте выше (дальше мы будем их корректировать). Все что вам нужно выбрать самостоятельно - это выходное напряжение. В окошке напротив "Номинальное напряжение, В", вводим необходимое вам напряжение. Например, если вам необходимо двухполярное выходное напряжения +/-40В, то вводим 80В (80В=40В+40В). Повторюсь: необходимо подобрать номиналы стабилитронов VD10 и VD13, таким образом, чтобы их суммарное напряжение стабилизации было примерно равно необходимому вам выходному напряжению ИИП (напряжению одного плеча). То есть, если вам необходимо выходное напряжение +/-40В, то необходимо использовать два стабилитрона по 20В, если необходимо например +/-35В, то стабилитрон VD10 на 30В и стабилитрон VD13 на 5,1В. Номинальный ток вычисляем из необходимой нам выходной мощности блока питания и напряжения. Допустим мы хотим получить ИИП с выходной мощностью 200Вт, значит нам необходимо желаемые 200Вт разделить на номинальное напряжение, в нашем случае 200Вт/80В и получится номинальный ток = 2,5А - это значение вписываем в соответствующее окошко программы. Прямое падение на диодах указываем 1В. Если вы знаете точное значение падения напряжения на диоде, то указывайте его, но в любом случае можно указывать прямое падение на диодах равно одному вольту, на точность расчета это почти никак не повлияет, на работоспособность тем более. Далее выбираем тип выпрямления - мостовое. И вводим желаемые диаметры проводов, которыми вы будете наматывать трансформатор. Диаметр провода не должен быть более 0,5мм, лучше использовать более тонкий провод и мотать в несколько жил. После этого выбираем подходящий сердечник:

Я использовал сердечник ETD29 и поэтому на плате посадочное место сделано под этот тип и размер сердечника, под любой другой сердечник придется корректировать печатную плату. А вам необходимо выбрать такой сердечник, чтобы он подходил по габаритной мощности и вся обмотка уместилась на его каркасе. После выбора сердечника, жмем кнопку "Рассчитать" и смотрим что у нас получилось:

Сразу нужно выставить минимально возможную величину немагнитного зазора, равную той, что предлагает программа (в моем случае 0,67мм) и снова нажать кнопку "рассчитать". После этого смотрим только на одну строку - это "емкость резонансного конденсатора". Чтобы упростить себе жизнь и не тратить свое время и силы на подбор нестандартной емкости из нескольких последовательно-параллельно соединенных конденсаторов, меняем значение резонансной частоты в соответствующем окошке программы, таким образом, чтобы емкость резонансного конденсатора получилась равна какому-либо стандартному значению емкости. В моем случае емкость резонансного конденсатора получилась 28нФ, ближайшее стандартное значение 33нФ, к этому значению и будем стремиться.

При манипуляциях с резонансной частотой, величину зазора всегда нужно устанавливать минимальной или очень близкой к минимальному значению что предлагает программа. Резонансную частоту я рекомендую выбирать в диапазоне 85 - 150кГц.. В моем случае резонансная частота, соответствующая "удобной" резонансной емкости, получилась 90кГц. Все самые главные цифры которые вам нужно запомнить, записать, заскринить, которые понадобятся в дальнейшем:

Значения в красных прямоугольниках понадобятся вам при намотке трансформатора. Хочу обратить внимание, что число витков вторичной обмотки соответствует введенному значению выходного напряжения - 80В. Если мы хотим получить блок питания с двухполярным выходным напряжением +/-40В, необходимо мотать не одну, а две вторичные обмотки, в данном случае две обмотки по 12-13 витков (полученные 25 витков делим на два). Для дальнейших расчетов нам нужно взглянуть на передаточную характеристику (для этого нужно на нажать на соответствующую кнопку в левом верхнем углу окна программы):

Запоминаем значения Fmin и Fmax. У нас они равны: Fmin=54кГц, Fmax=87кГц. Эти значения нам будут нужны для дальнейших расчетов.

Расчет номиналов обвязки IRS27952. В самом конце этой статьи нужно скачать файл NominaliObvyazki.xlsx. Для открытия его вам потребуется Microsoft Excel. Открываем файл и видим следующее:

Осталось только ввести наши Fmin и Fmax полученные выше и получить все номиналы обвязки IRS27952. Единственное, нам нужно выбрать емкость конденсаторы Ct, который задает величину мертвого времени. По хорошему, для этого потребовался бы достаточно сложный расчет, который необходимо выполнять исходя из параметров применяемых ключей, но поскольку у нас расчет упрощенный, я рекомендую просто использовать в качестве конденсаторы Ct, конденсатор с емкостью 390-470пФ. Этой емкости и соответствующего ему - мертвого времени, будет достаточно чтобы не перейти в режим жесткого переключения, при применении большинства популярных ключей, таких как как IRF740, STP10NK60, STF13NM60 и указанных в схеме 2SK3568. Оптимальная продолжительность софт-старта - 0,1 сек, можно установить большую продолжительность до 0,3 сек, больше не имеет смысла (при выходной емкости конденсаторов ИИП до 10000мкФ). Вводим наши Fmin и Fmax и получаем:

Все номиналы обвязки (кроме емкости конденсатора софт-старта), автоматически округляются до ближайших стандартных значений. Тут же можно видеть фактические значения минимальной, максимальной частот и частоты софт-старта, которые получатся с применяемыми стандартными номиналами обвязки. Емкость конденсатора софт-старта набирается из нескольких конденсаторов, керамических SMD и электролитического, для этого предусмотрено достаточно места на печатной плате. На этом расчет можно считать оконченным.

Реализация резонансной цепи. В резонансную цепь входят: резонансный трансформатор, резонансная емкость и дополнительный резонансный дроссель (если он необходим). Номинал резонансной емкости нам уже известен. Резонансный конденсатор должен быть пленочным, типа CBB21 или CBB81, допускается так же CL21 (но не рекомендуется). Напряжение конденсатор должно быть не менее 630В, лучше 1000В. Связано это с тем, что максимально допустимое напряжение на конденсаторе зависит от частоты тока через конденсатор, конденсатор на 400В проживет не долго. И теперь самое интересное - резонансный трансформатор. Для его намотки у нас есть все необходимые исходные данные. Как мотать? Вариантов есть несколько. Первый вариант: мотать как обычный трансформатор - мотаем первичку на всю ширину каркаса, после мотаем вторичку на всю ширину каркаса (или наоборот, сначала вторичку, потом первичку). Второй вариант: мотать вторичку на всю ширину каркаса, а первичку на половину или на треть ширины каркаса (или наоборот - первичку на всю ширину, а вторичку на половину или треть ширины каркаса). И третий вариант: использовать секционную намотку, когда первичная и вторичная обмотки полностью разделены. Для этого потребуется либо специальный секционированный каркас или такой каркас придется сделать самому, разделив каркас пластиковой перегородкой.

Зачем это и что это дает? Первый вариант - самый простой, но дает минимальную индуктивность рассеивания. Второй вариант - очень неудобный в намотке, дает среднюю по величине индуктивность рассеивания. Третий вариант - дает самую высокую и самую предсказуемую величину индуктивности рассеивания, кроме того наиболее удобный в намотке способ. Вы можете выбирать любой из вариантов. После того как вы определились с вариантом намотки и намотали нужное количество витков первичной и вторичной обмоток, необходимо изменить получившуюся индуктивность рассеивания первичной обмотки получившегося трансформатора. Для этого необходимо собрать трансформатор. На этом этапе склеивать части сердечника и вводить зазор не нужно (от величины зазора, наличия его или отсутствия, индуктивность рассеивания не зависит), достаточно временно стянуть сердечник изолентой. Необходимо, с помощью пайки, надежно замкнуть все выводы вторичной обмотки между собой и измерить индуктивность первичной обмотки. Полученное значение индуктивности и будет индуктивностью рассеивания первичной обмотки трансформатора. Допустим у вас получилась индуктивность рассеивания 50мкГн. Сравниваем получившееся значение с расчетным значением Lr, которое вы рассчитали выше:

Не сошлось! Надо 94мкГн, а у нас получилось 50мкГн. Что делать? Главное не паниковать! Такое бывает, обязательно будет у вас и это абсолютно нормально. Устранить это несоответствие нам поможет дополнительный резонансный дроссель. Но, если еще не забыли, чуть выше я писал про три варианта намотки трансформатора?! Так вот, первый способ дает самую низкую индуктивность рассеивания и используя его, вам гарантированно понадобится дополнительный дроссель. Второй вариант дает среднюю по величине индуктивность рассеивания и дроссель скорее всего вам все равно понадобится, но не с такой большой индуктивностью, как при использовании первого варианта. А вот в случае использования третьего варианта, возможно сразу получить необходимую индуктивность рассеивания первичной обмотки трансформатора, без использования дополнительно резонансного дросселя. Необходимая индуктивность рассеивания, при третьем варианте намотки, получается правильным выбором соотношения ширины намотки первичной и вторичной обмоток. Возможно даже что вам повезет и вы сможете угадать с шириной намотки первички и вторичек, и сходу получить нужную индуктивность рассеивания (как это получилось у меня). Но если вам не повезло и измеренная индуктивность рассеивания и необходимое расчетное значение не совпали, то необходимо использовать дополнительный резонансный дроссель. Индуктивность дросселя должна быть равна: расчетное значение Lr минус получившееся реальное значение индуктивности рассеивания первичной обмотки. В нашем случае: 94мкГн-50мкГн=44мкГн - именно такой должна быть индуктивность дополнительного резонансного дросселя, который на схеме и на плате показан как Lr. На чем мотать? Мотать правильнее всего на кольце из материала -2 или -14, выглядят такие кольца следующим образом:

Для намотки резонансного дросселя так же допускается использовать ферритовые кольца (зеленые или синие), но обязательно с зазором. Величина зазора выбирается произвольно. Для колец из материала -2 и -14 зазор не нужен. Мотать резонансный дроссель необходимо тем же проводов и тем же количеством жил что и первичную обмотку трансформатора. Количество витков должно быть таким, чтобы получить необходимое значение индуктивности, в нашем случае 44мкГн. И когда дроссель (если он оказался необходим) и резонансный трансформатор намотаны, необходимо подогнать индуктивность его первичной обмотки к расчетному значению. Выше мы уже вычислили какой должна быть полная индуктивность первичной обмотки трансформатора. В случае если реальная индуктивность рассеивания совпала с расчетным значением резонансной индуктивности и дополнительный резонансный дроссель оказался не нужен, то индуктивность первичной обмотки, подбором величины зазора в сердечнике трансформатора, подгоняется под расчетное значение:

То есть, необходимо, постепенно увеличивать зазор между частями сердечника трансформатора, пока измеренная индуктивность первичной обмотки трансформатора не станет равной нашему расчетному значению - 524мкГн. Но это только в случае, если не будет использоваться дополнительный резонансный дроссель. Если дополнительный дроссель будет присутствовать, то из расчетного значения полной индуктивности первичной обмотки, необходимо вычесть индуктивность этого дополнительного дросселя. В нашем случае получается 524мкГн-44мкГн=480мкГн, именно такой должна получится индуктивности первчиной обмотки нашего трансформатора. Индуктивность первичной обмотки измеряется с разомкнутыми вторичными обмотками. После достижения необходимого значения индуктивности первичной обмотки трансформатора, можно считать трансформатор и резонансный дроссель готовыми, а расчет оконченным.

Как убедиться что все получилось, что получившийся ИИП действительно резонансник? Необходимо с помощью осциллографа смотреть форму тока через первичную обмотку трансформатора. Для этого, в случае наличия дополнительного резонансного дросселя, на него наматывается временная пробная обмотка из 2-3 витков тонкого провода, нагружается на резистор сопротивлением 330-750Ом, а к этой обмотке подключается осциллограф. Форма тока должна быть синусоидальной или близкой к синусоидальной (примерно такой, как показано на моих осциллограммах выше). Если резонансного дросселя нет, то на его место, временно устанавливается токовый трансформатор. Он представляет из себя ферритовое кольцо с обмоткой содержащей 40-50 витков тонкого провода, нагруженная на резистор 330-750Ом, к которой подключается осциллограф и второй обмоткой из одного витка, которая включается на место резонансного дросселя.

Немного фотографий:

В завершении статьи хочу поблагодарить Илью Симонюка за предоставленные для опытов микросхемы IRS27952 и другие SMD элементы!

Читайте также: